[论文解读] LHC results for dark matter from ATLAS and CMS

Atlas Collaborations|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2015

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

本文利用ATLAS和CMS实验在√s = 8 TeV下收集的LHC运行I全部数据，对质子-质子碰撞中产生的暗物质粒子进行了直接搜寻。未观测到与标准模型背景存在显著偏差，从而在包括喷注、电弱玻色子和重夸克在内的多种末态中，对暗物质产生截面设定了严格的排除限。

ABSTRACT

The CMS and ATLAS collaborations searched for Dark Matter (DM) particles directly produced in pair. The searches are performed using the full LHC Run-I dataset recorded with the CMS and ATLAS detectors in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 8 TeV. Signatures considered include those yielding energetic jets and large missing transverse momentum as well as electroweak bosons and heavy flavour quarks plus missing transverse energy. No deviation from SM background expectation was found and exclusion limits on DM production cross section were set.

研究动机与目标

• 在大型强子对撞机上搜寻质子-质子碰撞中暗物质粒子的直接产生。
• 研究包含高能喷注、缺失横向动量、电弱玻色子及重味夸克的末态。
• 利用完整的运行I数据集，设定暗物质产生截面的排除限。
• 在标准模型背景预期的背景下，检验暗物质模型的可行性。

提出的方法

• 分析ATLAS和CMS探测器在√s = 8 TeV下收集的LHC运行I全部数据。
• 将具有大缺失横向动量以及高能喷注或矢量玻色子的事件识别为暗物质产生的信号。
• 采用先进的重建与选择技术以抑制标准模型背景。
• 应用运动学重建与事件分类技术，以分离潜在的暗物质信号。
• 使用统计方法将观测到的事件产率与标准模型背景预测进行比较。
• 在多种末态中推导出暗物质产生截面在95%置信水平下的排除限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在8 TeV质子-质子碰撞中是否存在可观测的暗物质产生信号，且其偏离标准模型预期？
• RQ2 在包含喷注与缺失横向动量的末态中，暗物质产生截面的排除限是多少？
• RQ3 这些结果如何约束通过与电弱玻色子或重夸克产生关联的双粒子产生机制产生的暗物质模型？
• RQ4 在单喷注与单玻色子末态中，观测数据与标准模型背景预期的符合程度如何？

主要发现

• 在所有分析的末态中，均未观测到显著超出标准模型背景预期的事件过剩。
• 在多种末态中，包括喷注 + 缺失横向动量及矢量玻色子 + 缺失能量，均在95%置信水平下设定了暗物质产生截面的排除限。
• 这些限制与先前结果具有可比性，并对弱相互作用大质量粒子型暗物质模型提供了强有力的约束。
• 结果与在8 TeV质心系能量下，所考虑末态中不存在标准模型之外的新物理的假设一致。
• 该分析展示了LHC利用高能质子碰撞探测暗物质信号的敏感性之稳健性。
• 排除限以暗物质质量与媒介子质量的函数形式呈现，便于与理论模型进行比较。